Тема 4 Основные физико-химические факторы водной
среды
4.1 Механико-динамические свойства воды и грунта
4.2 Температура, свет, магнетизм, звук
4.3 Растворенные и взвешенные в воде вещества
4.4 Активная реакция и окислительно-восстановительный потенциал
4.1 Механико-динамические свойства воды и грунта
4.1.1 Движение воды
Имеет для гидросферы и ее населения прямое и косвенное значение. Прямое значение заключается в переносе организмов в горизонтальном направлении, перемещении их по вертикали, в вымывании бентоса из грунта и др. Косвенное влияние движения воды проявляется в приносе пищи и кислорода, уносе метаболитов, выравнивании температуры, солености и других гидрологических факторов, а также в воздействии на формирование грунтов. В областях сильных придонных течений грунты более подвижны, содержат меньше тонких фракций, подвержены взмучиваниям, и накопление донных осадков здесь не происходит. Там, где течения слабы или их нет, грунты становятся стабильнее, содержат в себе много тонких фракций, и за счет седиментации взвесей в этих местах происходит непрерывное накопление донных осадков.
Природные воды находятся в непрерывном движении под влиянием силы тяжести, ветра, жизнедеятельности гидробионтов и других воздействий. Движение воды проявляется, главным образом, в форме течений, волнений и турбулентного перемешивания. В первом случае происходит перенос водных масс в определенном направлении. Во втором случае – уклонение частиц воды от исходного положения с последующим возвратом к нему.
Под влиянием силы тяжести перемещаются воды рек и других проточных водоемов. Приливно-отливные течения вызываются взаимодействием сил тяготения Земли, Луны и Солнца. К градиентно-гравитационным относят течения, обусловленные изменением наклона поверхности водоема в связи с разной плотностью воды, перепадами атмосферного давления, выпадением осадков, испарением и др.
Течения также различают:
по плоскости возникновения – горизонтальные (вызываются притяжением Луны и Солнца, разницей атмосферных давлений, разницей уровня в различных участках водоема и др.), вертикальные (вызваны изменением плотности расположенных друг над другом слоев вод) и смешанные; по происхождению – гравитационные (под влиянием силы тяжести) и фрикционные (вызываются трением воздушных масс о поверхность водоема); в связи с расположением – поверхностные, глубинные, придонные, прибрежные и др.; по траектории – прямолинейные, циклонические, антициклонические; по характеру движения водных частиц – ламинарные и турбулентные; в зависимости от физико-химических особенностей – теплые, холодные, соленые и др.; по устойчивости – постоянные, периодические и временные.Большое экологическое значение имеет степень перемешивания воды. В водоемах всегда возникают вертикальные и горизонтальные градиенты в распределении температуры, солености, плотности, содержания кислорода и т. п. Одновременно с этим развиваются процессы, направленные на выравнивание возникающих градиентов и протекающие в форме молекулярного и турбулентного перемешивания воды (конвективное, фрикционное, перемешивание, связанное с проточностью водоема).
Существование различных форм движения и перемешивания воды не означает, что она в пределах каждого водоема однородна. Даже в небольших водоемах водная толща состоит из отдельных водных масс.
Водная масса – сравнительно большой объем воды, формирующийся в определенных географических условиях бассейна или в самом водоеме, обладающий в течение каждой фазы гидрологического режима почти постоянными величинами и относительно равномерным распределением физических, химических и биологических характеристик, составляющих единый комплекс и распространяющихся как одно единое целое [10]. Водные массы, даже перемещаясь в географических координатах (при наличии течений), устойчиво сохраняют свои гидрологические характеристики.
4.1.2 Вязкость воды
Представляет собой свойство тел оказывать сопротивление сдвигу их слоев друг относительно друга. Единицей вязкости является nуаз (nз). Пуаз – это такая вязкость, при которой градиент скорости, равный 1 см/с, на 1 см расстояния между слоями жидкости приводит к возникновению силы внутреннего трения в 1 дину (10-5 Н) на 1 см2 поверхности касания слоев. Обычно вязкость воды обозначается в сотых долях пуаза – сантипуазах (спз).
По сравнению в другими жидкостями вода обладает сравнительно малой вязкостью (при температуре 10 °С вязкость ее равна 1,31 спз, а, например, для глицерина – 3950 спз). Малая вязкость воды облегчает организмам плавание. Вязкость воды влияет на скорость погружения организмов, помогает удерживаться им в толще воды. Повышение температуры воды приводит к снижению ее вязкости. С увеличением солености вязкость воды несколько возрастает.
4.1.3 Плотность воды
Для чистой воды при 4 °С равна 1 г/см3, с повышением и понижением температуры снижается в связи с уменьшением содержания в воде наиболее компактных ассоциаций молекул дигидролей. Лед имеет плотность 0,9168, вследствие чего плавает на поверхности воды, и это имеет огромное значение в смысле предупреждения промерзаемости мелких водоемов. Промерзанию водоемов препятствует и нахождение воды с температурами ниже 4 °С над слоем более теплой и плотной воды.
Плотность природных вод в связи с присутствием в них различных растворенных солей иногда может достигать 1,347 г/см3, что существенно изменяет условия плавания гидробионтов. Другое значение плотности воды как экологического фактора связано с ее давлением на организм. С углублением на 10,3 м в пресную и на 9,986 м в морскую воду (при 4 °С) давление возрастает на 1 атм., и в океанических глубинах оно может достигать свыше тысячи атмосфер.
По отношению к давлению организмы подразделяются на:
– эврибатных (bathos – глубина), способных существовать в широком диапазоне давлений;
– стенобатных, не выдерживающих больших колебаний давления. Стенобатные формы, живущие на небольших глубинах, называются мелководными, обитающие на больших глубинах - глубоководными..
4.1.4 Механико-динамические свойства грунтов
Для грунта, как экологического фактора, наиболее важны его механический состав, консистенция и степень стабильности.
В первую очередь свойства грунтов определяют условия существования бентосных организмов (возможности их передвижения, закапывания, прикрепления и др.), но небезразличны и для обитателей пелагиали, особенно в мелких водоемах при взмучивании илистых грунтов.
Из отдельных механико-динамических свойств грунтов наибольшее экологическое значение имеют размеры частиц, плотность их прилегания друг к другу и стабильность взаиморасположения, степень смыва течениями и аккумуляции за счет оседания взвешенного материала. Механические свойства грунтов прежде всего характеризуются их механическим, или гранулометрическим, составом, под которым понимается размер зерен, образующих донные осадки.
Мелкозернистые грунты называют мягкими. К ним относятся глины, илы и песок, имеющие размер зерен соответственно менее 0,01 мм, 0,01–0,1 и 0,1–1,0 мм. Жесткие грунты представлены гравием (0,1–1,0 см), галькой (1-10 см), валунами (10–100 см) и глыбами (более 1 м).
Мелкозернистые грунты в зависимости от содержания в них тонких фракций (частиц мельче 0,01 мм) делятся на песок (примесь тонких фракций менее 5 %), илистый песок (примесь 5–10 %), песчанистый ил (примесь 10–30 %), ил (примесь 30–50 %) и глинистый ил (примесь тонких фракций более 50 %). В тех случаях, когда в грунте присутствует несколько разноразмерных фракций, он называется смешанным.
По отношению к грунтам различают организмы:
– эвриэдафические (edaphon – почва, грунт), обитающие на разных грунтах;
– стенэдафические, приуроченные к какому-либо одному типу грунта. Среди них выделяют литофилов (обитают на камнях), псаммофилов (живут на песке), аргиллофилов (селятся на глине) и пелофилов (живут в илистых грунтах).
Аттрактивность грунтов определяется не только их гранулометрическим составом. Мелкозернистые грунты, особенно илистые, имеют различную степень уплотнения и в верхних слоях лежат более рыхло, чем в нижних. По мере уплотнения грунтов внедрение в них становится затруднительным. Неблагоприятным экологическим фактором водной среды является недостаточная стабильность грунтов – оседание частиц, снос поверхностных слоев токами воды, нанос грунта, перемещение частиц относительно друг друга.
Донные отложения тесно взаимодействуют с водой. Из грунта в воду поступают соли, газы, твердые компоненты, в обратном направлении – минеральные и органические вещества.
4.2 Температура, свет, магнетизм, звук
4.2.1 Температура
Относится к числу наиболее универсальных экологических факторов, т. к. в отличие от многих элементов среды является неустранимым фактором. Температура влияет на многие процессы в гидросфере. В водной среде она играет роль условного сигнала, воздействует на структуру живого, влияет на уровень метаболизма, условия дыхания, изменяет активность ферментов, скорость роста, темп воспроизводства популяций и др.
По отношению к температуре организмы бывают:
– эвритермные, обитающие в широком температурном диапазоне;
– стенотермные, существующие в узком температурном диапазоне. Они могут быть теплолюбивыми, или термофuльнымu и холодолюбивыми, или крuофuльнымu.
В природных водах температура колеблется от минус 7,75 °С (некоторые сильно минерализованные озера) до 96,3 °С (горячие ключи). В Мировом океане диапазон встречаемых температур не превышает 38 °С: от минус 2 до 36 °С.
Термический режим отдельных водоемов определяется их географическим положением, глубиной, особенностями циркуляции водных масс и многими другими факторами. Поступление тепла в водоем зависит главным образом от проникновения солнечной радиации и контакта с более нагретой атмосферой. Известную роль играет также тепло осадков, берегов и то, которое образуется во время перехода воды из жидкого состояния в твердое. Охлаждение воды происходит в результате испарения, лучеиспускания, контакта с менее нагретыми слоями атмосферы и берегами, за счет поступления холодных осадков и поглощения тепла во время таяния льда.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
